铜铟硒类光伏粉体材料的研究

【摘要】：铜铟硒类材料具有高吸收系数和稳定性的优点，是最为理想的薄膜太阳电池吸收材料之一。机械合金化技术具有操作简单、产率高，有望成为低成本制备铜铟硒类粉体材料有效途径。 本文以铜、铟、铝、硫、硒单质粉末为原料，行星球磨制备铜铟硒类粉体材料，包括CuInSe_2、CuIn(S_(0.5)Se_(0.5))_2和CuIn_((1-x))AlxSe_2。研究了球磨工艺、原料组成对合成铜铟硒类粉体材料的影响，分析了Cu-In-S-Se和Cu-In-Al-Se体系的机械合金化过程。采用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)和激光粒度分析仪对球磨粉末样品进行了表征。获得的主要结论如下： 球磨转速、填充系数对Cu/1.2In/2.3Se混合粉末机械合金化自蔓延反应孕育期和合成产物成分有重要的影响。随球磨转速增加，孕育期缩短，合成产物成分相对于CuInSe_2的偏离先减小后增大；随着填充系数的增加，孕育期延长，合成产物成分相对于CuInSe_2的偏离先减小后增大。当球磨转速为500rpm，填充系数为20.25%，可制备近化学配比的CuInSe_2纳米晶粉体，其成分Cu/In/Se原子比为25.24/25.16/49.60。对该CuInSe_2粉体球磨细化2小时，粉体的粒度分布集中在2.5~10μm之间，晶粒大小为20.2nm。 机械合金化合成CuIn(S_(0.5)Se_(0.5))_2粉体的机制为机械诱发自蔓延反应，在机械诱发自蔓延反应前是粉体机械活化的过程，反应前混合粉体形成密实且较为精细的层状复合颗粒，临界粉体组成元素均达到纳米晶或非晶。磨球尺寸相近时，临界粉体活性的差异主要来自粉末细化表面能增加。机械诱发Cu/In/S/Se粉末自蔓延反应完成时产物CuInSSe已是纳米晶。随着磨球直径增大，反应残留的In含量减少。 当x≤0.4时，Cu-In-Al-Se合金化机制为机械诱发的自蔓延反应；随着Al含量的增加，孕育期延长，合成产物Cu(In, Al)Se_2的晶粒尺寸减小。当x≥0.45时，Cu-In-Al-Se不能发生机械诱发自蔓延反应。 【关键词】：铜铟硒类粉体 机械合金化 机械诱发自蔓延反应 纳米晶
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TB383.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 引言12
• 1.2 铜铟硒薄膜电池概况12-17
• 1.2.1 铜铟硒薄膜电池结构12-13
• 1.2.2 铜铟硒薄膜电池研究和发展现状13-17
• 1.3 铜铟硒类材料的性质及制备17-21
• 1.3.1 铜铟硒类材料的性质17-19
• 1.3.2 铜铟硒类粉体材料的制备方法19-21
• 1.4 机械合金化机制和影响因素21-27
• 1.4.1 粉末球磨的过程与活性21-22
• 1.4.2 机械合金化机制22-24
• 1.4.3 机械合金化的影响因素24-27
• 1.5 课题研究的主要内容及意义27-28
• 第二章 CuInSe_2粉体的制备28-45
• 2.1 实验方法28-30
• 2.1.1 CuInSe_2粉体的合成28-29
• 2.1.2 合成 CuInSe_2粉体的细化29
• 2.1.3 表征方法29-30
• 2.2 实验结果与讨论30-43
• 2.2.1 转速对机械合金化合成 CuInSe_2的影响30-36
• 2.2.2 填充系数对机械合金化合成 CuInSe_2的影响36-40
• 2.2.3 CuInSe_2粉体的细化40-43
• 本章小结43-45
• 第三章 机械合金化合成 CuIn(S_(0.5)Se_(0.5))_2粉体的研究45-60
• 3.1 实验方法45-46
• 3.1.1 样品的制备45
• 3.1.2 表征方法45-46
• 3.2 实验结果与讨论46-59
• 3.2.1 Cu/In/S/Se 机械合金化的过程46-52
• 3.2.2 磨球尺寸对 Cu/In/S/Se 粉体机械合金化的影响52-59
• 本章小结59-60
• 第四章 机械合金化合成 Cu(In,Al)Se_2的研究60-74
• 4.1 实验方法60-61
• 4.1.1 样品的制备60-61
• 4.1.2 表征方法61
• 4.2 实验结果与讨论61-73
• 4.2.1 Al 含量对 Cu-In-Al-Se 体系机械合金化的影响61-66
• 4.2.2 Cu(In_(0.7), Al_(0.3))Se_2粉末的制备及热稳定性分析66-73
• 本章小结73-74
• 结论74-75
• 参考文献75-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文82-83
• 致谢83-84

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